KR960000484B1

KR960000484B1 - 제트 엔진의 열교환 및 회전반사분사형(回轉反射噴射型) 추력터빈(Thrust turbine)

Info

Publication number: KR960000484B1
Application number: KR1019900017297A
Authority: KR
Inventors: 신호근; 이대성
Original assignee: 신호근; 이대성
Priority date: 1990-10-27
Filing date: 1990-10-27
Publication date: 1996-01-08
Also published as: KR920008329A; TW221476B

Abstract

내용 없음.

Description

제트 엔진의 열교환 및 회전반사분사형(回轉反射噴射型) 추력터빈(Thrust turbine)

제1도는 본 발명의 종단면도, 제1도(a)는 제1도의“가”부분 확대도, 제1도(b)는 제1도의“나”부분 확대도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

제3도는 본 발명과 종래의 제트엔진터빈 성능을 비교 설명하기 위하여 표시한 종래의 제트엔진터빈.

제4도는 본 발명의 회전반사분사형 추력터빈(Thrust turbine)에서 추력 (Thrust)이 발생되는 설명도.

제5도는 터빈익과 압축익이 부착된 회전판의 종단면도.

제6도는 제5도의 저면도.

제7도는 종래의 제트 엔진 터빈부에서 발생하는 추력과 본 발명의 회전반사분사형 추력터빈에서 발생하는 추력의 비교도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전판 2 : 터빈외벽

3 : 연소실 4 : 압축익

5 : 고정익 6 : 열교환통로관

7 : 고정익 8 : 터빈익

10 : 회전축 12 : 압축통로

본 발명은 제트엔진의 열교환 및 회전반사, 분사형 추력터빈에 관한것이다.

종래의 제트엔진 터빈(Turbine)은 고압·고속 가스가 팽창·가속하면서 분사구쪽으로 갈수록 확산되는 터빈 내벽(Inside Surface)에 압력을 가하여 추력(Thrust)을 얻고 있으나, 이때 분사구쪽으로 팽창·가속하는 가스가 팽창하듯이 터빈내벽도 분사구쪽으로 갈수록 확산하면서 넓어지므로 터빈내벽의 확산각도를 θ, 터빈내벽 어느 지점에서의 가스팽창 가속도를 a라 하고 그때의 초(初)속도를 Vo라 하면 t초 후에 터빈내벽에 가하는 가스의 운동량P는 P=m(at-(Vo+at)tanθ)가 된다.

즉, 터빈을 통과하는 가스의 압력이 속도가 빨라지면 추력으로 바꾸어 사용할 수 있는 에너지의 손실이 커진다. 따라서 종래 로켓(Rocket)의 라비엘 노즐(Nozzle)에 한계압(限界壓) 14Kg/cm²이 있듯이 제트엔진의 터빈에도 추력을 얻는데는 한계압이 적용되며 압력손실은 물론 냉각, 열교환, 견고성 및 내구성등에 많은 문제점을 가지고 있다.

그러나 본 발명은 초고속 고압가스도 그 압력과 속도를 대부분 추력(Thrust)으로 바꾸어줄 뿐만 아니라 더욱 간단하고 튼튼하며, 중량과 크기에 있어서도 종래의 것보다 배 이상 가볍고 작게, 그리고 열교환까지 하는 열교환 및 회전반사분사형 추력터빈으로서 다음과 같이 구성되어 있다.

본 발명의 구조를 설명하자면 제4도에서의 x,y축 촤표 원점 0에서 x축상에 반지름 r인 반원을 y축을 지축으로 회전시켜 형성된 궤적(軌跡)과 같은 회전판의 중심에 y축을 중심선으로 회전하는 회전축을 고정하여 회전판 안쪽에는 크기에 있어서는 작고 형태상으로는 회전판 내면과 같은 외면을 가진 연소실을 장치하여 회전판 내면과 연소실 외면으로 회전반사형 분사통로를 구성, 회전판에는 터어빈을, 연소실 외면에는 고정익(Stator)을 부착하여 연소실에서 연소한 고압·고속 가스가 통로를 따라 통과하면서 회전판을 회전시켜 회전반사, 분사한다. 이때 회전판 내면에 강력한 원심력과 압력을 가한다. 즉, 추력을 가한다. 그리고 회전판 외면에 압축 팬(Fan)익을 부착하여 압축기에서 압축·이송된 공기를 재압축, 외전판을 냉각시키면서 열교환하여 열소실로 보내어 준다.

이상과 같이 본 발명의 종래의 제트엔진 터빈보다 강력한 압력과 초고속 가스를 이용, 강력한 추력을 얻을 뿐 아니라 종래의 제트엔진 터빈에는 없는 열교환 방식을 채택, 냉각 효율을 높여주며 특히 구조면에서 간단하고 튼튼한 장점을 지닌 열교환 및 회전반사분사형 추력터빈에 관한 것이다.

본 발명을 각 도면에 의하여 상술하면 다음과 같다.

제4도에서의 x,y축상의 좌표 원점 0에서 x축상에 반지름 r인 반원을 y축을 지축으로 하여 회전시킨 궤적(軌跡)과 같은 형상의 회전판(1)의 중심에 회전축(10)을 삽입 고정하여 회전판(1) 안쪽에 회전판(1)의 내면과 닮은 외면을 가진 회전판보다 작은 연소실(3)을 열교환통로관(6)과 연결 고정한다. 그리고 회전판(1)내면과 연소실(3) 외면으로 분사구 통로속에서 동력을 얻기 위하여 회전판 내면에는 터빈익(8)을, 연소실 외면에는 고정익(7)을 부착하고 회전판(1)의 외면과 터빈 외변(2)으로 압축통로(12)를 형성하며, 압축통로(12)속에서는 압축과 열교환을 위하여 회전판(1)의 외면에는 압축익(4)을, 터빈 외벽(2)에는 고정익(5)을 각각 부착시킨다. 그리고 열교환 통로관(6)은 관체형으로 압축통로(12)와 연소실(3)에 연결된다.

이상과 같이 상술하고 각 도면에 표시한 바와 같이 구성된 본 발명의 열교환 및 회전반사분사형 추력터빈을 실시예를 들어 작동을 설명하면 다음과 같다.

종래 제트엔진의 압축부와 본 발명의 열교환 및 회전반사분사형 추력터빈이 결합되어 있다고 가정하자. 본 발명의 터빈익(8)과 압축익(4)이 부착된 회전판(1)을 회전시키면 종래의 압축기에서 압축된 공기는 본 발명의 터빈 외벽(2)과 회전판(1)으로 구성된 열교환 압축통로(12)로 압입되어 온다.

이와 같이 압입된 공기는 터빈익(8)이 부착된 회전판(1)을 냉각, 열교환하면서 회전판에 부착된 압축익(4)과 고정익에 의하여 재압축되어 열교환통로관(6)에서 재열교환하면서 제(1)도 표시한 화살표 방향으로 연소실(3)에 진입한다. 이때 연소실(3)에 진입한 공기중 일부는 도시되지 않았으나 연소실(3)내에 장치된 완전 연소를 위한 공지의 확산 감암형 예열공기 혼합장치로 공급되어 불완전 연소가스와 함께 완전 연소한다. 그리고 나머지 고속·고압의 공기는 완전 연소한 화염과 혼합되면서 재팽창하여 연소실(3)의 노즐(11)을 따라 화살표 방향으로 분사구를 향하여 확산·팽창·가속·분사된다.

이와 같이 분사하면서 회전판(1) 내면에 부착된 터빈액(8)을 강력한 힘으로 가압하여 회전시켜 동력을 얻는 한편 회전반사 분사할때 회전판 내면에 작용하는 강력한 원심력과 분사가스 자체가 보유하고 있는 압력에 의하여 회전판 내면에 강력한 압력대를 형성한다. 즉, 강력한 추력(Thrust)을 얻게 된다.

이때 회전판(1)의 크기를 제4도에 표시한 바와 같이 반지름을 r이라 하면 회전판 내면의 면적은 S=3π²r²이 되며 회전판 내면과 연소실 외면의 간격을 a라 할 때 회전판 내면과 연소실 외면으로 구성된 분사구 통로의 체적의 V=π²ar(2r-a)가 된다.

회전판 내면의 한점을 T라 하고 T점에서의 가스분자 초속도를 Vo, 가속도를 a, T점에서의 압력을 P₁이라 할 때 회전판 내면에 가하여지는 원심력은이다. 그러므로 T점에 가하는 추력은 원심력에다 그곳까지 분사하면서 팽창하고 남은 T점의 압력을 합한 것과 같다. 즉,이며, 또 t초 경과 후에 회전판 내면에 가하는 힘 F₂는(t초 동안 팽창 분사하고 남은 압력)이다. 분사구에 가까워 질수록 가스압력은 팽창하면서 가속되고 약하여지나 가스분자 속도는 증가한다. 즉, 원심력이 커진다.

제7도는 종래 제트엔진 터빈의 내벽에서 분자의 운동량으로부터 얻어지는 추력 ①과 본 발명의 회전반사 분사형 추력터빈 즉, 회전판(1)에서 얻어지는 추력 ②를 연소실 또는 터빈을 통과하는 분사가스의 속도와 압력 상승에 비례하여 나타나는 추력(Thrust)으로 나타낸 것인바, 종래의 제트엔진 터빈에 비하여 본 발명의 터빈이 훨씬 높은 추력을 얻음을 알 수 있다. 이상과 같은 본 발명의 추력터빈은 연소실의 압력을 높일수록 종래 제트엔진이나 로켓 노즐의 한계압(14Kg/cm²)에는 관계없이 압력과 분사속도에 비례하는 높은 추력을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 실시예에서 상술한 바와 같이 열교환까지 하므로 터빈의 냉각은 물론 연소를 용이하게 하며, 연료 절약도 한다.

그리고, 종래의 터빈과 본 발명의 터빈을 비교하면 훨씬 본 발명이 간단하고 튼튼한 고성능인 것을 알 수 있다.

Claims

제트엔진의 회전분사형 열교환 추력터빈을 구성함에 있어서, 터빈 외벽안쪽과 회전측을 중심으로 회전하는 회전체 외벽사이에 공기압축통로를 형성하고 터빈외벽 안쪽으로는 고정익을, 회전체 외벽에는 압축익을 부착하여 공기를 압축케 하며, 회전축을 중심으로 회전하는 회전체 안쪽 중앙에 회전체 내면과 닮은 꼴의 외면을 가진 회전체 내면보다 작은 연소실을 형성하며, 이 연소실에 열교환 패널로 칸막이된 압축공기 진입로를 연결하여 진입된 압축공기가 연소실에서 연소 팽창하면서 노즐을 통하여 회전체 중심축을 향해 분출되도록 한 회전체 내벽에는 터빈익을, 연소실 외벽에는 고정익을 부착시켜 터빈동력을 생산하면서 연소실로부터 분출하는 분사가스가 분사구 방향을 따라 회전분사 하도록 된 제트엔진의 열교환 및 회전방사 분사형 추력터빈.